張鴻儒　劉剛　王夢(mèng)輝

摘要：針對(duì)專用芯片H032A出現(xiàn)的單通道或者多通道失效和噪聲過(guò)大的失效問(wèn)題進(jìn)行了分析。通過(guò)專用軟件測(cè)試、非破壞性檢測(cè)和開(kāi)封及鏡檢等技術(shù)手段，確定失效原因由芯片的焊點(diǎn)不實(shí)和芯片空洞所致;提出了使用預(yù)成型焊片減少芯片在回流焊中因助焊劑高溫裂解產(chǎn)生氣泡造成空洞問(wèn)題的解決方案。

關(guān)鍵詞：失效分析;空洞;回流焊

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）06-0057-02

0 引言

失效分析是一門(mén)發(fā)展中的新興學(xué)科，近年開(kāi)始從軍工向普通企業(yè)普及。失效分析為生產(chǎn)測(cè)試提供必要的補(bǔ)充，為驗(yàn)證測(cè)試流程優(yōu)化提供必要的信息基礎(chǔ)。[1]

芯片失效分析可以用在后期測(cè)試環(huán)節(jié)的損壞、整機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、貼片、加工組裝、客戶端等。分析失效常見(jiàn)方法：外觀檢查，、芯片拆卸、清洗植球， 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試， 工程機(jī)測(cè)試， 必要時(shí)進(jìn)行失效分析， 總結(jié)失效原因、預(yù)防及改善方案。[2-3]

1 基于專用芯片H032A產(chǎn)品及其失效分析檢測(cè)工具

XX型X-RAY安全檢查系統(tǒng)中的用到的探測(cè)器模塊包括64像素硅光電二極管陣列、64像素碘化銫閃爍體陣列和兩塊專用芯片H032A（參圖3）。篩選使用的是XX公司自主開(kāi)發(fā)的專用軟件Release，如圖1所示，篩選主要依據(jù)三個(gè)方面的數(shù)據(jù)：灰度圖、噪聲圖和數(shù)據(jù)采集折線圖。

根據(jù)工裝后X-RAY安全檢查系統(tǒng)芯片失效導(dǎo)致系統(tǒng)故障的原因可分為三類：?jiǎn)?多通道損壞、噪聲過(guò)高和一致性差;良品的篩選表見(jiàn)表1。

2 失效檢測(cè)方法及原因

2.1 非破壞性失效檢測(cè)方法

檢測(cè)方法分為外觀檢測(cè)和 X-RAY透射。外觀檢測(cè)項(xiàng)目如表2所示。

芯片X-RAY檢測(cè)是采用X光射線照射到IC芯片表面，在被檢IC芯片無(wú)損傷的情況下觀察其內(nèi)部是否有結(jié)構(gòu)斷裂或燒結(jié)等狀況?？梢詸z查芯片內(nèi)氣泡、邦定線異、空洞等問(wèn)題。

2.2 破壞性檢測(cè)

破壞性檢測(cè)分為激光開(kāi)封檢測(cè)和金相顯微鏡檢查。激光開(kāi)封可精確控制每一層激光掃描能量，每層移除厚度可控制在10～100μm，精準(zhǔn)定位開(kāi)封區(qū)域，暴露引線框架、邦定線、基板，甚至直接開(kāi)封至晶圓層。通過(guò)電動(dòng)變焦顯微系統(tǒng)，針對(duì)超微小尺寸，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化定位。部分開(kāi)封暴露邦定線，完美清除線下樹(shù)脂殘留，顯著節(jié)省后續(xù)工藝時(shí)間。開(kāi)封后的探測(cè)器模塊實(shí)物圖如圖2所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

金相顯微鏡檢測(cè)是在開(kāi)封后進(jìn)行的?？梢郧逦乜吹酵暾男酒瑑?nèi)部的晶片，實(shí)現(xiàn)晶片表面異?，F(xiàn)象的檢查，如鍵合異常、鈍化窗口發(fā)黃、鋁氧化變色、有導(dǎo)電的銀漿外泄等問(wèn)題。圖4所示，H032A芯片開(kāi)封后，在（50X）放大，圈出部分可以明顯看出燒痕，可以確定芯片出現(xiàn)的主要問(wèn)題為芯片空洞導(dǎo)致芯片的散熱不良，最終導(dǎo)致芯片過(guò)熱燒毀。

2.3 芯片失效原因

芯片的引線鍵合問(wèn)題是由引線焊接材料相對(duì)穩(wěn)定不足、容易氧化、硬度和屈服度高等引起的。芯片內(nèi)部出現(xiàn)空洞現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)對(duì)未使用芯片（見(jiàn)圖5）和使用過(guò)的芯片（見(jiàn)圖6）進(jìn)行大量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，只有使用過(guò)的芯片才會(huì)出現(xiàn)大量空洞。

芯片焊料燒結(jié)空洞形成機(jī)理是助焊劑中的有機(jī)物在高溫裂解中產(chǎn)生的氣泡無(wú)法及時(shí)的散出，導(dǎo)致芯片中出現(xiàn)大量的空洞。[4-6]而芯片的焊料燒結(jié)空洞會(huì)導(dǎo)致芯片的散熱不良，最終導(dǎo)致芯片過(guò)熱燒毀。

3 解決辦法及改進(jìn)方案

芯片的引線鍵合問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整鍵合機(jī)的鍵合壓力和超聲波功率，鍵合時(shí)間和鍵合溫度可以達(dá)到增強(qiáng)鍵合強(qiáng)度目的。這樣改善焊點(diǎn)不實(shí)導(dǎo)致的單/多通道的壞道問(wèn)題。

芯片焊料燒結(jié)問(wèn)題改善，主要是選用合適的焊錫膏上，適量的焊錫膏可以達(dá)到理想效果有效減少空洞。這里有一個(gè)更好的方法可以解決焊點(diǎn)空洞問(wèn)題，使用預(yù)成型焊片。

精準(zhǔn)的尺寸、較低溫度的合金焊錫和精準(zhǔn)的助焊劑敷量，可以有效的減少焊點(diǎn)空洞。預(yù)成型焊片是針對(duì)芯片空洞問(wèn)題的專門(mén)解決方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 李名莉，焦欣欣.電氣設(shè)備的失效分析方法[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2015（5）：57-60.

[2] 黃美蓮.關(guān)于芯片失效分析方法的討論[J].信息通信，2018（2）：112.

[3] 胡立波，高敏.淺談金線鍵合[J].電子制作，2015（17）：97.

[4] 孫立強(qiáng).QFN芯片導(dǎo)熱焊點(diǎn)空洞分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（11）：133.

[5] 施紀(jì)紅.BGA焊點(diǎn)失效分析與改善[J].熱加工工藝，2012，41（17）：208-210.

[6] 周舟.低溫軟釬焊用Sn—58Bi預(yù)成型焊片的制備及回流焊點(diǎn)的性能研究[D].華南理工大學(xué)，2018.

Failure Analysis Based on Special Chip H032A

ZHANG Hong-ru，LIU Gang，WANG Meng-hui

（School of Instrument Science and Opto Electronics Engineering ，Beijing Information Science and Technology University，beijing? 100172）

Abstract：This paper deeply researched the failure problem of single channel， multi-channel and excessive noise. Through special soft testing， non-destructive testing， unsealing and microscopic inspection， the failure causes are determined to be improper solder joints and voids in the chip.? Finally， the paper proposed a solution of using pre-formed solder sheets in order to reduce voids problem which is caused by propellants cracking bubbles generated in the high temperature chip reflow soldering.

Key words：Failure Analysis; Cavity; Reflow